AT520416B1 - Measuring device for detecting a measured variable of a particle-laden fluid - Google Patents
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- AT520416B1 AT520416B1 ATA50710/2017A AT507102017A AT520416B1 AT 520416 B1 AT520416 B1 AT 520416B1 AT 507102017 A AT507102017 A AT 507102017A AT 520416 B1 AT520416 B1 AT 520416B1
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung (10) zum Detektieren zumindest einer Messgröße eines in einer Leitung (9) entlang einer Hauptströmungsrichtung (200) strömenden partikelbeladenen Fluids (2) sowie ein Messverfahren unter Verwendung einer solchen Messvorrichtung (10), die ein in der Leitung (9) anordenbares Messgehäuse (101) aufweist. Das Fluid (2) strömt zumindest teilweise durch einen innerhalb des Messgehäuses (101) zwischen einer Messkanal-Eingangs- (31) und -Ausgangsöffnung (32) ausgebildeten Messkanal (3), wobei im Messkanal (3) ein Sensor (6) zum Erfassen der Messgröße angeordnet ist. In der Messvorrichtung (10) ist ein Separationsbereich (12) vorgesehen, wobei der Messkanal (3) von dem Separationsbereich (12) abzweigt und das Fluid (2) in eine vom Separationsbereich (12) in den Messkanal (3) abzweigende und durch die Messkanal-Ausgangsöffnung (32) in die Leitung (9) austretende erste Teilströmung (21) und eine durch eine Ausgangsöffnung (41) des Separationsbereichs (12) aus der Messvorrichtung (10) in die Leitung (2) austretende zweite Teilströmung (22) aufteilbar ist. Erfindungsgemäß ist im Separationsbereich (12) gegenüberliegend der Messkanal-Eingangsöffnung (31) ein Umlenkelement (1) angeordnet, mit dem das in den Separationsbereich (12) einströmende Fluid in Richtung der Messkanal-Eingangsöffnung (31) lenkbar ist.The invention relates to a measuring device (10) for detecting at least one measured variable of a particle-laden fluid (2) flowing in a line (9) along a main flow direction (200), and to a measuring method using such a measuring device (10). 9) can be arranged disposable measuring housing (101). The fluid (2) flows at least partially through a measuring channel (3) formed within a measuring housing (101) between a measuring channel inlet (31) and outlet (32), wherein a sensor (6) for detecting is provided in the measuring channel (3) the measured variable is arranged. In the measuring device (10), a separation region (12) is provided, wherein the measuring channel (3) branches off from the separation region (12) and the fluid (2) branches off into a separating region (12) in the measuring channel (3) and through the Measuring part outlet opening (32) in the line (9) exiting first partial flow (21) and a through an outlet opening (41) of the separation region (12) from the measuring device (10) in the conduit (2) emerging second partial flow (22) splittable is. According to the invention, a deflection element (1) is arranged in the separation region (12) opposite the measuring channel inlet opening (31), with which the fluid flowing into the separation region (12) can be directed in the direction of the measuring channel inlet opening (31).
Description
Beschreibungdescription
MESSVORRICHTUNG ZUM DETEKTIEREN EINER MESSGRÖßE EINES PARTIKELBELADENEN FLUIDSMEASURING DEVICE FOR DETECTING A MEASUREMENT SIZE OF A PARTICULARLY LOADED FLUID
[0001] Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung und ein Verfahren zum Detektieren zumindest einer Messgröße eines in einer Leitung entlang einer Hauptströmungsrichtung strömenden partikelbeladenen Fluids, wobei die Messvorrichtung ein in der Leitung anordenbares Messgehäuse aufweist und das Fluid zumindest teilweise durch einen innerhalb des Messgehäuses der Messvorrichtung zwischen einer Messkanal-Eingangsöffnung und einer Messkanal-Ausgangsöffnung ausgebildeten Messkanal strömt, wobei im Messkanal zumindest ein Sensor zum Erfassen der Messgröße angeordnet ist und wobei des Weiteren in der Messvorrichtung ein Separationsbereich zwischen einer Eingangsöffnung zum Eintreten von Fluid aus der Leitung in die Messvorrichtung und einer Ausgangsöffnung zum Austreten von Fluid aus der Messvorrichtung in die Leitung vorgesehen ist, wobei der Messkanal von dem Separationsbereich abzweigt und das Fluid in eine vom Separationsbereich in den Messkanal abzweigende und durch die Messkanal-Ausgangsöffnung in die Leitung austretende erste Teilströmung und eine durch die Ausgangsöffnung aus der Messvorrichtung in die Leitung austretende zweite Teilströmung aufteilbar ist.The invention relates to a measuring device and a method for detecting at least one measured variable of a particle-laden fluid flowing in a line along a main flow direction, wherein the measuring device has a measuring housing can be arranged in the line and the fluid at least partially by a within the measuring housing of the measuring device between In the measuring channel at least one sensor for detecting the measured variable is arranged and wherein further in the measuring device, a separation area between an inlet opening for the entry of fluid from the line into the measuring device and an output port is provided for the discharge of fluid from the measuring device in the line, wherein the measuring channel branches off from the separation region and the fluid in a branching from the separation region in the measuring channel and by the measuring Channel outlet opening in the line emerging first partial flow and a through the outlet opening from the measuring device emerging into the conduit second partial flow can be divided.
[0002] Um Messgrößen eines Fluids, welches mit Partikeln beaufschlagt ist, zu ermitteln, müssen Sensoren wie zum Beispiel Temperaturfühler, Drucksensoren oder Feuchtesensoren, vor im Fluid vorhandenen Wassertropfen und Fremdkörpern, wie beispielsweise Feststoffpartikeln in Form von Staub oder ähnlichem, geschützt werden. Dazu werden beispielsweise Filterelemente verwendet, die oftmals als feine Netze oder Gitter ausgeführt und in Form einer Schutzhülse, beispielsweise aus Schutzgitter oder aus feinen Netzen, um den Sensor angebracht sind und in erster Linie dazu dienen, Beschädigungen des Sensors durch Wassertropfen bzw. Partikel zu verhindern.In order to determine measured variables of a fluid, which is acted upon with particles, sensors such as temperature sensors, pressure sensors or humidity sensors, in the fluid present water droplets and foreign bodies, such as solid particles in the form of dust or the like, must be protected. For this purpose, for example, filter elements are used, which are often designed as fine mesh or grid and in the form of a protective sleeve, for example, from protective grid or fine networks, attached to the sensor and serve primarily to prevent damage to the sensor by water droplets or particles ,
[0003] Es lässt sich dabei jedoch konstruktionsbedingt nicht vermeiden, dass die durch den Sensor vorgenommene Messung beeinflusst wird. Treffen beispielsweise Wassertropfen auf den Partikelfilter auf, so zerfließen diese auf der Oberfläche des Filterelements und blockieren den (beispielsweise gasförmigen) Fluidstrom, welcher eigentlich auf den Sensor treffen sollte, zumindest teilweise. Damit wird natürlich die Messung verfälscht, schlimmstenfalls wird dieHowever, it can not be avoided by design that the measurement made by the sensor is influenced. If, for example, drops of water hit the particle filter, they melt on the surface of the filter element and block the (for example gaseous) fluid flow that should actually strike the sensor, at least partially. This will of course falsify the measurement, in the worst case, the
Messung ganz unterbrochen, wenn das „zerflossene“ Wasser bis zum Sensor vordringt. Sofern das das Filterelement umgebende Gasgemisch nicht gesättigt ist, verdunstet das zerflossene Wasser innerhalb einiger Minuten bis Stunden auf natürliche Art und Weise, wobei allerdings während dieser Zeit keine Messung möglich ist. Um den Sensor also schnellstmöglich wieder von daran anhaftenden Wassertropfen zu befreien, kann das Gehäuse des Sensors erhitzt werden, womit eine Verdunstung der Wassertropfen beschleunigt wird. Üblicherweise muss dafür von einer Heizdauer von ca. 30-60 Sekunden ausgegangen werden. In diesem Zeitraum ist die Messung jedoch ebenso unterbrochen. Treffen feste Partikel als Fremdkörper auf das Filterelement, so treten vergleichbare Probleme wie bei Auftreffen von Wassertropfen auf. Jedoch kommt als erschwerender Faktor hinzu, dass sich feste Partikel im Gitter verfangen können und entfernt werden müssen, um keine dauerhafte Beeinträchtigung der Messung zu bewirken. Dies erfordert meistens einen mechanischen Eingriff, was ebenfalls eine Beeinflussung oder sogar Unterbrechung der Messung bis zum Reinigen des Netzes bewirkt.Measurement completely interrupted when the "run-off" water penetrates to the sensor. If the gas mixture surrounding the filter element is not saturated, the run-off water naturally evaporates within a few minutes to hours, although no measurement is possible during this time. In order to relieve the sensor of water droplets adhering to it as quickly as possible, the housing of the sensor can be heated, thus accelerating the evaporation of the water droplets. Usually, it must be assumed that a heating time of about 30-60 seconds. However, the measurement is also interrupted during this period. If solid particles hit the filter element as foreign bodies, comparable problems occur as when water drops hit. However, an aggravating factor is that solid particles can get caught in the lattice and have to be removed in order not to permanently impair the measurement. This usually requires a mechanical intervention, which also causes an influence or even interruption of the measurement until the cleaning of the network.
[0004] Alternativ zu Netzen oder Gittern können auch als Schilde fungierende Abdeckelemente zur Abschirmung gegenüber Partikeln oder Wassertropfen verwendet werden, wie beispielsweise in der US 2002/0170363 A1 offenbart. Schilde weisen den Vorteil auf, dass Partikel bzw.As an alternative to meshes or gratings, covering elements functioning as shields can also be used for shielding against particles or water droplets, as disclosed, for example, in US 2002/0170363 A1. Shields have the advantage that particles or
Wassertropfen abgelenkt oder abgeleitet werden und nicht "aufgefangen" werden können. Damit kommt es zu keiner Beeinträchtigung bzw. Unterbrechung der Messung. Jedoch können Schilde nicht gewährleisten, dass zwischen dem strömenden Fluid und den hinter dem Schild angebrachten Sensoren ein ausreichender Gasaustausch stattfindet. Dies führt dazu, dass die Messwerte des Sensors kontinuierlich verfälscht werden. Damit ist dieses Verfahren gerade bei dynamischen Änderungen der Messgrößen nicht einsetzbar.Water droplets are deflected or diverted and can not be "caught". Thus, there is no impairment or interruption of the measurement. However, shields can not assure sufficient gas exchange between the flowing fluid and the sensors mounted behind the shield. As a result, the measured values of the sensor are continuously distorted. Thus, this method is not suitable for dynamic changes in the measured variables.
[0005] Die DE 199 27 818 C3 hingegen offenbart eine Vorrichtung zum Messen der Masse eines strömenden Mediums, wobei sich ein Sensor in einem zumindest teilweise abgeschatteten Bereich eines Messkanals befindet, in den nur wenige Schmutzpartikel oder Flüssigkeiten gelangen sollen. Vollständig verhindert werden kann das aber nicht, da der Fluidstrom durch den Messkanal direkt auf den Sensor trifft. Daher ist der Sensor in der Ausführung gemäß DE 199 27 818 C3 noch zusätzlich in einer Vertiefung eines Sensorträgers, der in den Strömungskanal ragt, angeordnet. Damit wird der Sensor nicht direkt vom Fluidstrom angeströmt, sondern das Fluid strömt am Sensor vorbei, wobei dennoch Beeinträchtigungen durch Wassertropfen, Staubteilchen oder andere Fremdkörper nicht ausgeschlossen werden können.DE 199 27 818 C3, however, discloses a device for measuring the mass of a flowing medium, wherein a sensor is located in an at least partially shaded area of a measuring channel in which only a few dirt particles or liquids to get. However, this can not be completely prevented since the fluid flow directly hits the sensor through the measuring channel. Therefore, the sensor in the embodiment according to DE 199 27 818 C3 is additionally arranged in a recess of a sensor carrier, which protrudes into the flow channel. Thus, the sensor is not directly flowed through by the fluid flow, but the fluid flows past the sensor, yet impairments caused by water droplets, dust particles or other foreign matter can not be excluded.
[0006] Vergleichbare Lösungen zeigen beispielsweise auch DE 10 2010 043 572 A1, US 2013/055801 A1, US 2013/055800 A1, DE 100 42 400 A1, US 2013/192354 A1, DE 10 2008 001 982 A1, DE 10 2014 202 105 A1 und US 2016/313165 A1.Comparable solutions are also shown for example in DE 10 2010 043 572 A1, US 2013/055801 A1, US 2013/055800 A1, DE 100 42 400 A1, US 2013/192354 A1, DE 10 2008 001 982 A1, DE 10 2014 202 105 A1 and US 2016/313165 A1.
[0007] Es ist somit eine Aufgabe der gegenständlichen Erfindung, eine Messvorrichtung zum Ermitteln einer Messgröße eines partikelbehafteten Fluids anzugeben, bei welcher das Messergebnis so weit wie möglich nicht von den Partikeln des Fluids beeinflusst wird und der Sensor so weit wie möglich vor Beschädigungen durch Partikel geschützt wird.It is thus an object of the subject invention to provide a measuring device for determining a measured variable of a particle-laden fluid, in which the measurement result is not influenced as much as possible by the particles of the fluid and the sensor as far as possible from damage by particles is protected.
[0008] Diese Aufgabe wird durch eine eingangs erwähnte Messvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass im Separationsbereich gegenüberliegend der Messkanal-Eingangsöffnung ein Umlenkelement angeordnet ist, mit dem das in den Separationsbereich einströmende Fluid in Richtung der Messkanal-Eingangsöffnung lenkbar ist. Vorzugsweise ist dabei die MesskanalEingangsöffnung an einer Stelle des Separationsbereiches vorgesehen, die eine Richtungsänderung der ersten Teilströmung gegenüber der durch den Separationsbereich strömenden zweiten Teilströmung und/oder der Hauptströmungsrichtung bedingt. In einer Variante der Erfindung verläuft dazu eine Flächennormale der Querschnittsfläche der Messkanal-Eingangsöffnung im Wesentlichen normal zur Hauptströmungsrichtung des Fluids.This object is achieved by an aforementioned measuring device according to the invention in that in the separation region opposite the measuring channel inlet opening, a deflecting element is arranged, with which the fluid flowing into the separation region in the direction of the measuring channel inlet opening is steerable. In this case, the measuring channel inlet opening is preferably provided at a location of the separation area which causes a change in direction of the first partial flow with respect to the second partial flow and / or the main flow direction flowing through the separation area. In a variant of the invention, a surface normal of the cross-sectional area of the measuring channel inlet opening runs essentially normal to the main flow direction of the fluid.
[0009] Die Aufgabe wird außerdem durch ein eingangs erwähntes Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Fluid in einem mit dem Messkanal verbundenen Separationsbereich in eine über eine Messkanal-Eingangsöffnung in den Messkanal abzweigende und durch eine Messkanal-Ausgangsöffnung wieder in die Leitung austretende erste Teilströmung und eine durch eine Ausgangsöffnung aus dem Separationsbereich in die Leitung austretende zweite Teilströmung aufgeteilt wird, wobei die erste Teilströmung durch ein gegenüberliegend von der Messkanal-Eingangsöffnung ausgeführtes Umlenkelement vom Separationsbereich abgezweigt wird und dabei gegenüber der durch den Separationsbereich strömenden zweiten Teilströmung eine Richtungsänderung erfährt.The object is also achieved by a method mentioned above according to the invention in that the fluid in a connected to the measuring channel separation area in a via a measuring channel inlet opening in the measuring channel branching and exiting through a measuring channel outlet opening back into the conduit first partial flow and dividing a second partial flow emerging from the separation region into the conduit through an outlet opening, wherein the first partial flow is branched off from the separation area by a deflecting element which is arranged opposite to the measuring channel inlet opening and changes direction relative to the second partial flow flowing through the separation region.
[0010] Damit ist eine Aufteilung des Fluids in eine erste Teilströmung, an der die Messung durchgeführt werden kann, und in eine zweite Teilströmung, welche für die Messung nicht relevant, möglicherweise sogar schädlich ist, möglich.This is a division of the fluid in a first partial flow, where the measurement can be performed, and in a second partial flow, which is not relevant to the measurement, possibly even harmful, possible.
[0011] Vorteilhafterweise folgen der ersten Teilströmung überwiegend agile Partikel des Fluids mit einer ersten Stokes-Zahl, vorteilhafterweise kleiner 1, und der zweiten Teilströmung überwiegend träge Partikel des Fluids mit einer zweiten Stokes-Zahl größer der ersten Stokes-Zahl, vorteilhafterweise größer 1. Die erste Teilströmung kann neben agilen Partikeln mit einer ersten Stokes Zahl auch vereinzelt träge Partikel mit einer höheren Stokes-Zahl, z.B. mit der zweiten Stokes-Zahl vom Fluid in die erste Teilströmung beinhalten. Ebenso können sich auch vereinzelt agile Partikel in der zweiten Teilströmung befinden. Durch Berücksichtigung der StokesZahl, einer dimensionslosen Kennzahl, wird die Wirkung der Massenträgheit der Partikel in einem bewegten Fluid berücksichtigt und genutzt. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Fluid selbst seine Richtung ändert, womit sich je nach Stokes-Zahl auch die Trajektorie der Partikel ändert. Die Stokes-Zahl beschreibt das Verhältnis aus einer charakteristischen Reibungszeit zur charakteristischen Fluidzeit. Die charakteristische Reibungszeit wiederum beschreibt die Zeit, mit der sich durch Reibung die Partikelgeschwindigkeit des Partikels an dieAdvantageously, the first partial flow predominantly agile particles of the fluid with a first Stokes number, advantageously less than 1, and the second partial flow predominantly inert particles of the fluid with a second Stokes number greater than the first Stokes number, advantageously greater than 1. In addition to agile particles with a first Stokes number, the first partial flow can also contain occasionally inert particles with a higher Stokes number, eg with the second Stokes number from the fluid to the first partial flow. Likewise, occasionally agile particles may be in the second partial flow. By taking into account the Stokes number, a dimensionless index, the effect of inertia of the particles in a moving fluid is taken into account and used. This is particularly advantageous if the fluid itself changes its direction, which changes depending on the Stokes number and the trajectory of the particles. The Stokes number describes the ratio of a characteristic friction time to the characteristic fluid time. The characteristic friction time, in turn, describes the time by which the particle velocity of the particle is due to friction
Geschwindigkeit des umgebenden Fluids anpasst. Die charakteristische Fluidzeit hingegen beschreibt die Zeit, in welcher das Fluid selbst, z.B. durch äußere Einflüsse, seine Geschwindigkeit ändert. Das Fluid kann grundsätzlich gasförmig, wie auch flüssig sein.Speed of the surrounding fluid adapts. The characteristic fluid time, on the other hand, describes the time in which the fluid itself, e.g. due to external influences, its speed changes. The fluid can be gaseous as well as liquid.
[0012] Durch die erfindungsgemäße Aufteilung der Strömung befinden sich in der ersten Teilströmung vorteilhafterweise nur agile Partikel mit einer ersten Stokes-Zahl kleiner 1. Für die agilen Partikel stimmt die Trajektorie größtenteils mit der ersten Strömung im Messkanal überein - je kleiner ein agiles Partikel ist, desto stärker ist die Übereinstimmung, d.h. bei einer Stokes-Zahl von Null stimmen die Trajektorien zu 100 Prozent überein -, womit die agilen Partikel mit der Strömung um den Sensor strömen und damit am Sensor bzw. an einer eventuell vorhandenen Schutzhülse nicht, bzw. kaum aufgefangen werden. Träge Partikel mit höherer Stokes-Zahl können die Richtungsänderung aufgrund ihrer Trägheit nicht mitmachen und bilden überwiegend die zweite Teilströmung.By the division of the flow according to the invention are advantageously in the first partial flow only agile particles with a first Stokes number less than 1. For the agile particles, the trajectory is largely consistent with the first flow in the measuring channel - the smaller an agile particle , the stronger the match, ie at a Stokes number of zero, the trajectories are 100 percent consistent - with which the agile particles flow with the flow around the sensor and thus not at the sensor or on a possibly existing protective sleeve, or hardly caught. Inert particles with a higher Stokes number can not follow the change in direction due to their inertia and form predominantly the second partial flow.
[0013] Eine Strömung weist an einem umströmten Objekt üblicherweise einen Staupunkt auf -an einem Zylinder beispielsweise in Form einer Linie. An diesem Punkt bzw. an dieser Linie trifft die Stromlinie lotrecht auf das Objekt. Wenn also agile Partikel einer Strömung (d.h. einer Stromlinie) folgen, muss es auch (einige sehr wenige) Partikel geben die jener Stromlinie folgen, welche im Staupunkt mündet und damit am umströmten Objekt auftrefft. Das bedeutet, dass im Falle der gegenständlichen Erfindung im Messkanal auch einige wenige agile Partikel auf den Sensor auftreffen können, was jedoch lediglich einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Messung verursacht. Aufgrund der Tatsache, dass nur weniger Partikel und wenn, dann praktisch ausschließlich kleine agile Partikel auf den Sensor auftreffen, ergeben sich auch geringere durch die Partikel verursachte Messfehler.A flow usually has a stagnation point on a cylinder, for example in the form of a line, on an object flowing around it. At this point or line, the streamline is perpendicular to the object. So, when agile particles follow a flow (i.e., a streamline), there must also be (a few very few) particles that follow the streamline that opens into the stagnation point and thus hits the object around it. This means that in the case of the subject invention in the measuring channel also a few agile particles can impinge on the sensor, but this causes only a negligible influence on the measurement. Due to the fact that only a few particles and, if then, almost exclusively small agile particles strike the sensor, lower measurement errors caused by the particles also result.
[0014] Der Sensor wird jedoch vorteilhafterweise vor trägen Partikeln, die eine zweite StokesZahl größer 1, aufweisen, geschützt, da zumindest ein Großteil der trägen Partikel, der sich in der zweiten Teilströmung befindet, nicht in den Messkanal und damit zum Sensor umgelenkt wird. Diese trägen Partikel würden, wenn sie sich in der ersten Teilströmung und damit im Messkanal befinden würden, nicht um den Sensor umgelenkt werden, und könnten am Sensor bzw. an einer eventuell vorhandenen Schutzhülse nicht aufgefangen werden, was durch die Erfindung verhindert wird. Natürlich können sich auch agile Partikel in der zweiten Teilströmung befinden, was aber nicht weiter störend ist.However, the sensor is advantageously protected against inert particles having a second Stokes number greater than 1, since at least a large part of the inert particles, which is located in the second partial flow, is not deflected into the measuring channel and thus to the sensor. These inert particles would, if they were located in the first partial flow and thus in the measuring channel, not be deflected around the sensor, and could not be collected on the sensor or on any protective sleeve, which is prevented by the invention. Of course, agile particles can be in the second partial flow, but this is not disturbing.
[0015] Durch die Aufteilung des Fluids in eine erste Teilströmung und eine zweite Teilströmung wird die durch den Sensor vorgenommene Messung nicht bzw. kaum negativ beeinflusst und es können (z.B. durch die Stokes-Zahl beschriebene) Eigenschaften der Partikel-Fluid-Interaktion ausgenutzt werden. Daher teilt die gegenständliche Erfindung das Fluid in eine erste und zweite Teilströmung auf. Die zweite Teilströmung, die z.B. die trägen Partikel (z.B. Stokes-Zahl >=1) beinhaltet, wird durch die Ausgangsöffnung nach außen geführt. Die erste Teilströmung, die z.B. die agilen Partikel (z.B. Stokes-Zahl <1) beinhaltet, wird in den Messkanal und damit zum Sensor umgelenkt.By dividing the fluid into a first partial flow and a second partial flow, the measurement made by the sensor is not or hardly negatively influenced and it can be exploited (eg by the Stokes number described) properties of the particle-fluid interaction , Therefore, the subject invention divides the fluid into a first and second partial flow. The second partial flow, e.g. Containing the inert particles (e.g., Stokes number> = 1) is led out through the exit port. The first partial flow, e.g. the agile particles (e.g., Stokes number <1) is redirected into the measurement channel and thus to the sensor.
[0016] In einer Variante der Erfindung ist beim Übertritt vom Separationsbereich in den Messkanal eine Richtungsänderung der ersten Teilströmung hinsichtlich der zweiten Teilströmung und/oder hinsichtlich der Hauptströmungsrichtung von mindestens 45°, vorzugsweise 90° vorgesehen. Mit anderen Worten ist die Messvorrichtung derart ausgeführt, dass beim Übertritt vom Separationsbereich in den Messkanal eine Richtungsänderung der ersten Teilströmung hinsichtlich der zweiten Teilströmung und/oder hinsichtlich der Hauptströmungsrichtung von mindestens 45°, vorzugsweise 90° bewirkbar ist. Als Richtungsänderung ist die gesamte Richtungsänderung des Messkanals anzusehen. So muss eine 360°-Richtungsänderung kein vollständiger Umlauf sein, sondern kann sich beispielsweis auch aus einer ersten 180°-Richtungs-änderung und einer weiteren 180°-Richtungsänderung in die Gegenrichtung zusammensetzen. Als Richtungsänderung wird hierbei eine Änderung einer Strömungsrichtung von zumindest 90° verstanden.In a variant of the invention, a change in direction of the first partial flow with respect to the second partial flow and / or with respect to the main flow direction of at least 45 °, preferably 90 ° provided when passing from the separation region in the measuring channel. In other words, the measuring device is designed such that upon passage from the separation region into the measuring channel a change in direction of the first partial flow with respect to the second partial flow and / or with respect to the main flow direction of at least 45 °, preferably 90 ° is effected. As a change of direction, the entire change in direction of the measuring channel is to be considered. Thus, a 360 ° change in direction does not have to be a complete circulation, but may for example also be composed of a first 180 ° change in direction and a further 180 ° change of direction in the opposite direction. A change in direction is understood here as a change in a flow direction of at least 90 °.
[0017] In einer weiteren Variante der Erfindung ist ein Strömungspfad der ersten Teilströmung von der Eingangsöffnung des Separationsbereichs zu der Messkanal-Ausgangsöffnung desIn a further variant of the invention, a flow path of the first partial flow from the inlet opening of the separation area to the measuring channel outlet opening of the
Messkanals S-förmig mit einer zweifachen Richtungsänderung ausgestaltet. Mit anderen Worten ist der Messkanal S-förmig mit einer zweifachen Richtungsänderung der ersten Teilströmung ausgestaltet. Damit erfolgt die Wechselwirkung zwischen Fluid und Sensor besonders kontinuierlich und verzögerungsarm. und Verwirbelungen der ersten Teilströmung und weiter des Fluids und damit verbundene Einflüsse auf die Messung werden vermieden.Measuring channel S-shaped with a double change of direction. In other words, the measuring channel is configured S-shaped with a twofold change in direction of the first partial flow. Thus, the interaction between fluid and sensor is particularly continuous and delay. and turbulence of the first partial flow and further of the fluid and associated influences on the measurement are avoided.
[0018] Zur günstigen Aufteilung auf erste und zweite Teilströmung ist günstigerweise die Querschnittsfläche der Eingangsöffnung größer als die Querschnittsfläche der Ausgangsöffnung. Damit kann nicht das gesamte in den Separationsbereich einströmende Fluid durch die Ausgangsöffnung austreten bzw. ergibt sich ein Gegendruck, der eine bessere Umlenkung der ersten Teilströmung in den Messkanal bewirkt.For a favorable distribution to first and second partial flow, the cross-sectional area of the inlet opening is advantageously larger than the cross-sectional area of the outlet opening. Thus, the entire fluid flowing into the separation region can not escape through the outlet opening or results in a counterpressure which effects a better deflection of the first partial flow into the measuring channel.
[0019] Zur Unterstützung der Aufteilung in Teilströmungen ist in einer Variante der Erfindung die Messkanal-Eingangsöffnung gegenüberliegend einer Seitenwand des Separationsbereichs angeordnet und das Umlenkelement als eine Keilfläche ausgeführt, die zumindest in dieser Seitenwand des Separationsbereichs von einem nahe der Eingangsöffnung angeordneten Punkt mit einem ersten Abstand von der Messkanal-Eingangsöffnung zu einem nahe der Ausgangsöffnung angeordneten Punkt mit einem kleiner als der erste Abstand ausgeführten zweiten Abstand von der Messkanal-Eingangsöffnung geneigt ist. Durch das Umlenkelement wird das Abzweigen der ersten Teilströmung in den Messkanal unterstützt.In order to support the division into partial flows, in one variant of the invention, the measuring channel inlet opening is arranged opposite a side wall of the separation area and the deflecting element is designed as a wedge surface which, at least in this side wall of the separation area, is arranged from a point close to the inlet opening to a first Distance from the measuring channel inlet opening to a arranged near the outlet opening point with a smaller than the first distance running second distance from the measuring channel inlet opening is inclined. By deflecting the branching of the first partial flow is supported in the measuring channel.
[0020] Vorteilhafterweise ist der Messkanal so ausgestaltet, dass die erste Teilströmung in der ursprünglichen Flussrichtung des Fluids, vorzugsweise in der Hauptströmungsrichtung aus der Messkanal-Ausgangsöffnung austritt. Dadurch kann die erste Teilströmung ohne negative Beeinflussung durch das Fluid in der Leitung durch den Messkanal strömen.Advantageously, the measuring channel is configured such that the first partial flow exits the measuring channel outlet opening in the original flow direction of the fluid, preferably in the main flow direction. As a result, the first partial flow can flow through the measuring channel without being adversely affected by the fluid in the line.
[0021] In einer weiteren Variante der Erfindung weitet sich die Querschnittsfläche des Messkanals zumindest im Bereich des Sensors auf. Günstigerweise ist die Querschnittsfläche in Strömungsrichtung der ersten Teilströmung beginnend vom Sensor bis zur MesskanalAusgangsöffnung aufgeweitet oder weitet sich beginnend vom Sensor in Strömungsrichtung der ersten Teilströmung beginnend vom Sensor bis zur Messkanal-Ausgangsöffnung stetig auf, womit ein größerer Bereich zum Platzieren des Sensors zur Verfügung steht. Gleichzeitig wird verhindert, dass der Sensor Querschnittsfläche des Messkanals verstellt und dadurch die erste Teilströmung behindert.In a further variant of the invention, the cross-sectional area of the measuring channel expands at least in the region of the sensor. The cross-sectional area in the flow direction of the first partial flow is expediently widened starting from the sensor to the measuring channel exit opening or expanding continuously starting from the sensor in the flow direction of the first partial flow starting from the sensor to the measuring channel outlet opening, thus providing a larger area for placing the sensor. At the same time, the sensor prevents the cross-sectional area of the measuring channel from being adjusted, thereby hindering the first partial flow.
[0022] Vorteilhafterweise ist die Ausgangsöffnung derart ausgerichtet, dass die zweite Teilströmung in der ursprünglichen Flussrichtung des Fluids, vorzugsweise in der Hauptströmungsrichtung aus der Ausgangsöffnung austritt. Dies verhindert in erster Linie Verwirbelungen der zweiten Teilströmung und weiter des zufließenden Fluids und damit verbundene Einflüsse auf die Messung.Advantageously, the outlet opening is oriented such that the second partial flow emerges from the outlet opening in the original flow direction of the fluid, preferably in the main flow direction. This primarily prevents turbulence of the second partial flow and further of the influent fluid and associated influences on the measurement.
[0023] In einer Variante der Erfindung ist an der Messvorrichtung in Flussrichtung stromaufwärts der Eingangsöffnung ein Flankenabschnitt vorgesehen, mit dem eine Richtungsänderung des auf den Flankenabschnitt auftreffenden Fluids zur Eingangsöffnung bewirkbar ist. Damit kann der Durchsatz des Fluids durch die Messvorrichtung, den Separationsbereich und damit auch den Messkanal erhöht werden.In a variant of the invention, a flank section is provided on the measuring device in the flow direction upstream of the inlet opening, with which a change in direction of the impinging on the flank section fluid to the entrance opening is effected. Thus, the throughput of the fluid through the measuring device, the separation region and thus also the measuring channel can be increased.
[0024] Wie auch Strömungssimulationen der Erfinder gezeigt haben kann durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung für den gesamten Strömungsbereich des Messkanals das Eindringen von Partikeln mit Stokes-Zahlen im Bereich von 1 weitgehend vermieden werden, so dass eine ungestörte Messung ohne Beschädigung des Sensors möglich ist.As have also shown flow simulations of the inventors can be largely avoided by the inventive design for the entire flow range of the measuring channel, the penetration of particles with Stokes numbers in the range of 1, so that an undisturbed measurement without damaging the sensor is possible.
[0025] Die gegenständliche Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, die beispielhaft, schematisch und nicht einschränkend Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen. Darin zeigen [0026] Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Messvorrichtung, [0027] Fig. 2a eine Frontansicht der erfindungsgemäßen Messvorrichtung, [0028] Fig. 2b eine Rückansicht der erfindungsgemäßen Messvorrichtung, und [0029] Fig. 3 eine Detailansicht eines Längsschnitts der erfindungsgemäßen Messvorrichtung.The subject invention will be explained in more detail with reference to the figures, which show by way of example, schematically and not limiting embodiments of the invention. 1 shows a longitudinal section through a measuring device according to the invention, [0027] FIG. 2a shows a front view of the measuring device according to the invention, [0028] FIG. 2b shows a rear view of the measuring device according to the invention, and [0029] FIG. 3 shows a detail view of a longitudinal section the measuring device according to the invention.
[0030] Identische Elemente sind in den verschiedenen Figuren aus Gründen der Übersichtlichkeit mit demselben Bezugszeichen versehen.Identical elements are provided in the various figures for reasons of clarity with the same reference numerals.
[0031] Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung 10, die in einer Leitung 9 angeordnet ist, in der ein partikelbeladenes Fluid 2 in einer Hauptströmungsrichtung 200 strömt. Bei dem Fluid 2 kann es sich z.B. um ein Aerosol - also eine luft- bzw. gasgetragene kondensierte Phase -, Abgas von Verbrennungsmaschinen, Brennstoffzellen oder ähnlichem, Prozessgase oder Umgebungsluft handeln. Nachfolgend wird der Einfachheit halber der Begriff Fluid weiterverwendet.Fig. 1 shows a sectional view of a measuring device 10 according to the invention, which is arranged in a conduit 9, in which a particle-laden fluid 2 in a main flow direction 200 flows. The fluid 2 may be e.g. to an aerosol - that is, an air or gas-borne condensed phase -, exhaust of internal combustion engines, fuel cells or the like, process gases or ambient air act. Hereinafter, the term fluid will be used for the sake of simplicity.
[0032] Das Fluid 2 kann flüssig, gasförmig oder gemischt aus flüssigen, festen (bzw. kondensierten) und gasförmigen Komponenten sein und weist größere und kleinere Partikel 50, 51 auf, wobei nachfolgend die kleineren Partikel als agile Partikel 51 und die größeren Partikel als träge Partikel 50 bezeichnet werden. Bei den Partikeln 50, 51 kann es sich z.B. um Russ- oder Schmutzpartikel oder auch Wassertröpfchen handeln - die beiden Partikelarten 50, 51 unterscheiden sich insbesondere durch Größe und/oder Masse, können ansonsten aber von der gleichen Art sein. Aus Gründen der Übersichtlichkeit zeigt Fig. 1 das Fluid 2 insbesondere stromaufwärts der Messvorrichtung 10, ab der Messvorrichtung 10 ist nur der durch die Messvorrichtung 10 strömende Fluidanteil dargestellt - natürlich befindet sich in der gesamten Leitung 9 und auch auf Höhe bzw. stromabwärts der Messvorrichtung 10 Fluid 2 mit den genannten Partikeln 50, 51.The fluid 2 may be liquid, gaseous or mixed liquid, solid (or condensed) and gaseous components and has larger and smaller particles 50, 51, wherein subsequently the smaller particles than agile particles 51 and the larger particles than inert particles 50 are called. The particles 50, 51 may be e.g. to act soot or dirt particles or water droplets - the two particle types 50, 51 differ in particular by size and / or mass, but may otherwise be of the same kind. For the sake of clarity, FIG. 1 shows the fluid 2 in particular upstream of the measuring device 10; from the measuring device 10 only the fluid component flowing through the measuring device 10 is shown - of course located in the entire line 9 and also at the level or downstream of the measuring device 10 Fluid 2 with the mentioned particles 50, 51.
[0033] Bei der Leitung 9 kann es sich um eine Rohrleitung, einen Kanalabschnitt oder ähnliches handeln. Die Messvorrichtung 10 weist ein in der Leitung 9 anordenbares Messgehäuse 101 auf. Das Messgehäuse 101 kann dabei in die Leitung 9 hineinragen oder z.B. in einen Rohrabschnitt integriert werden, der in eine Rohrleitung eingebaut wird. Innerhalb des Messgehäuses 101 der Messvorrichtung 10 verläuft ein Messkanal 3 zwischen einer MesskanalEingangsöffnung 31 und einer Messkanal-Ausgangsöffnung 32. Das Fluid 2 strömt zumindest teilweise durch den Messkanal 3, in dem zumindest ein Sensor 6 zum Erfassen einer Messgröße des Fluids 2 vorgesehen ist. Bei der Messgröße kann es sich um den Feuchtegehalt, Partikelkonzentration oder die Menge oder Konzentration eines anderen Bestandteils des Fluids 2 handeln. Aus der Messkanal-Ausgangsöffnung 32 tritt das Fluid 2 wieder in die Leitung 9 aus.In the line 9 may be a pipe, a channel section or the like. The measuring device 10 has a measuring housing 101 which can be arranged in the line 9. The measuring housing 101 may protrude into the conduit 9 or, for example. be integrated into a pipe section, which is installed in a pipeline. Within the measuring housing 101 of the measuring device 10, a measuring channel 3 extends between a measuring channel inlet opening 31 and a measuring channel outlet opening 32. The fluid 2 flows at least partially through the measuring channel 3, in which at least one sensor 6 is provided for detecting a measured variable of the fluid 2. The measured variable can be the moisture content, particle concentration or the amount or concentration of another constituent of the fluid 2. From the measuring channel outlet opening 32, the fluid 2 exits again into the line 9.
[0034] Bei bisher bekannten Lösungen kommt es bei vergleichbaren Messvorrichtungen zu Problemen, wenn Bestandteile - z.B. Partikel, Wassertröpfchen oder ähnliches - des Fluids 2 auf den Sensor 6 treffen und die Messung stören, verfälschen oder sogar zu deren Abbruch führen, weil der Sensor 6 beschädigt oder zerstört wird. Dabei machen insbesondere größere, schwerere Bestandteile Schwierigkeiten, die weiter oben als träge Partikel 50 eingeführt wurden.In previously known solutions, problems arise with comparable measuring devices when components - e.g. Particles, water droplets or the like - the fluid 2 hit the sensor 6 and interfere with the measurement, falsify or even lead to their demolition, because the sensor 6 is damaged or destroyed. In particular, larger, heavier components make difficulties that were introduced earlier than inert particles 50.
[0035] Erfindungsgemäß ist daher in dem Messgehäuse 101 der Messvorrichtung 10 ein Separationsbereich 12 zwischen einer Eingangsöffnung 11 zum Eintreten von Fluid 2 aus der Leitung 9 in die Messvorrichtung 10 und einer Ausgangsöffnung 41 zum Austreten von Fluid 2 aus der Messvorrichtung 10 in die Leitung 9 vorgesehen, wobei der Messkanal 3 von dem Separationsbereich 12 abzweigt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist dabei die Eingangsöffnung 11 auf der der Hauptströmungsrichtung 200 entgegen gerichteten Seite des Messgehäuses 101 angeordnet, während sich die Ausgangsöffnung 41 auf der in Strömungsrichtung 200 weisenden Seite des Messgehäuses 101 befindet.According to the invention, therefore, in the measuring housing 101 of the measuring device 10, a separation area 12 between an inlet opening 11 for the entry of fluid 2 from the line 9 in the measuring device 10 and an outlet opening 41 for the escape of fluid 2 from the measuring device 10 in the line. 9 provided, wherein the measuring channel 3 branches off from the separation region 12. In the illustrated exemplary embodiment, the inlet opening 11 is arranged on the side of the measuring housing 101 directed opposite to the main flow direction 200, while the outlet opening 41 is located on the side of the measuring housing 101 which points in the direction of flow 200.
[0036] Im Separationsbereich 12 wird das in die Messvorrichtung 10 eintretende Fluid 2 in eine über die Messkanal-Eingangsöffnung 31 in den Messkanal 3 abzweigende und durch die Messkanal-Ausgangsöffnung 32 wieder in die Leitung 9 austretende erste Teilströmung 21 und eine durch die Ausgangsöffnung 41 aus dem Separationsbereich 12 der Messvorrichtung 10 in die Leitung 9 austretende zweite Teilströmung 22 aufgeteilt. Die zweite Teilströmung 22 verläuft im Wesentlichen parallel zur Hauptströmungsrichtung 200 und tritt auch in dieser Richtung - also in der ursprünglichen Flussrichtung des Fluids 2 - aus der Ausgangsöffnung 41 aus. Das Einströmen des Fluids 2 in die Messvorrichtung 10 wird begünstigt durch einen an der Messvorrichtung 10 bzw. dem Messgehäuse 101 stromaufwärts - also in Hauptströmungsrichtung 200 gesehen vor - der Eingangsöffnung 11 vorgesehenen Flankenabschnitt 4. Der Flankenabschnitt 4 ist dabei schildartig ausgeführt und strömungstechnisch so ausgelegt, dass einerseits eine Richtungsänderung des auf den Flankenabschnitt 4 auftreffenden Fluids 2 zur Eingangsöffnung hin bewirkbar ist, andererseits aber dem in der Leitung 9 strömenden Fluid ein möglichst geringer Strömungswiderstand entgegengesetzt wird.In the separation region 12, the fluid 2 entering the measuring device 10 is diverted into a first partial flow 21, which branches off into the conduit 9 via the measuring channel inlet opening 31 and back into the conduit 9 through the measuring channel outlet opening 32, and through the outlet opening 41 from the separation region 12 of the measuring device 10 in the line 9 exiting second partial flow 22 divided. The second partial flow 22 runs essentially parallel to the main flow direction 200 and also exits the outlet opening 41 in this direction-that is, in the original flow direction of the fluid 2. The inflow of the fluid 2 into the measuring device 10 is facilitated by a flank section 4 provided upstream of the measuring device 10 or the measuring housing 101, ie viewed in the main flow direction 200. The flank section 4 is designed in the manner of a shield and designed in terms of flow, in that, on the one hand, a change in direction of the fluid 2 impinging on the flank section 4 can be effected towards the inlet opening, but, on the other hand, the lowest possible flow resistance is opposed to the fluid flowing in the line 9.
[0037] Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Messkanal-Eingangsöffnung 31 an einer Stelle des Separationsbereichs 12 angeordnet, die bei bestimmungsgemäßer Positionierung bei Verwendung der Messvorrichtung 10 eine Richtungsänderung der ersten Teilströmung 21 gegenüber der durch den Separationsbereich 12 strömenden zweiten Teilströmung 22 und/oder der Hauptströmungsrichtung 200 bewirkt. Diese Richtungsänderung wird hier insbesondere dadurch bewirkt, dass die Flächennormale 310 (siehe Fig. 3) der Querschnittsfläche der Messkanal-Eingangsöffnung 31 im Wesentlichen normal zur Hauptströmungsrichtung 200 des Fluids 2 verläuft. Mit anderen Worten bleibt die Strömungsrichtung der zweiten Teilströmung 22 unverändert gegenüber der Hauptströmungsrichtung 200 des Fluids 2 während die erste Teilströmung 21 eine Richtungsänderung vollzieht, um in den Messkanal 3 eintreten zu können. Als Richtungsänderung wird im Rahmen der vorliegenden Offenbarung eine Änderung der Strömungsrichtung von zumindest 90° oder mehr verstanden. Günstigerweise wird beim Übertritt der ersten Teilströmung 21 vom Separationsbereich 12 in den Messkanal 3 hinsichtlich der zweiten Teilströmung 22 (bzw. deren Strömungsrichtung) und der Hauptströmungsrichtung 200 eine Richtungsänderung von mindestens 45°, vorzugsweise wie im dargestellten Ausführungsbeispiel von 90° bewirkt.In the illustrated embodiment, the measuring channel inlet opening 31 is disposed at a position of the separation region 12, the intended direction of use of the measuring device 10, a change in direction of the first partial flow 21 against the second partial flow 22 flowing through the separation region 12 and / or the main flow direction 200 causes. This change in direction is effected here in particular in that the surface normal 310 (see FIG. 3) of the cross-sectional area of the measuring channel inlet opening 31 extends substantially normal to the main flow direction 200 of the fluid 2. In other words, the flow direction of the second partial flow 22 remains unchanged with respect to the main flow direction 200 of the fluid 2 while the first partial flow 21 makes a change in direction in order to be able to enter the measuring channel 3. As a change of direction is understood in the context of the present disclosure, a change in the flow direction of at least 90 ° or more. Conveniently, when the first partial flow 21 passes from the separation region 12 into the measuring channel 3 with respect to the second partial flow 22 (or its flow direction) and the main flow direction 200, a change in direction of at least 45 °, preferably 90 °, is effected, as in the illustrated exemplary embodiment.
[0038] Durch die Richtungsänderung lässt sich verhindern, dass die trägen Partikel 50, die sich aus den bereits beschriebenen Gründen nachteilig auf den Messvorgang bzw. den Sensor 6 auswirken können, in den Messkanal 3 eintreten. Bei agilen Partikeln 51 stimmt die Teil-chentrajektorie mit der Stromlinie überein und die agilen Partikel 51 können der Stromlinie der richtungsändernden ersten Teilströmung 21 folgen, während die trägen Partikel 50 aufgrund ihrer Trägheit die Richtungsänderung nicht mitmachen können und der der ursprünglichen Strömungsrichtung entsprechenden Stromlinie der zweiten Teilströmung 22 folgen.By changing the direction can be prevented that the inert particles 50, which may adversely affect the measurement process or the sensor 6 for the reasons already described, enter the measuring channel 3. For agile particles 51, the particle trajectory is consistent with the streamline and the agile particles 51 can follow the streamline of the direction-changing first partial flow 21 while the inertial particles 50 can not follow the directional change due to their inertia and the streamline corresponding to the original flow direction of the second Partial flow 22 follow.
[0039] Die Trennung zwischen trägen Partikel 50 und agilen Partikel 51 ergibt sich gemäß deren Stokes-Zahl St. Die Stokes-Zahl St ist folgendermaßen definiert: St = Tdyn / Tstr, wobei Tdyn eine charakteristische Reibungszeit und Tstr eine charakteristische Fluidzeit darstellt. Die charakteristische Fluidzeit Tstr beschreibt die Zeit, in welcher ein Fluid selbst, z.B. durch äußere Einflüsse, seine Geschwindigkeit ändert und kann basierend auf Erfahrungswerten abgeschätzt werden, beispielsweise aus charakteristischen Flusstabellen zu einem Fluid. Die charakteristische Reibungszeit Tdyn hingegen beschreibt die Zeit, mit der sich durch Reibung die Partikelgeschwindigkeit eines Partikels an die Geschwindigkeit des umgebenden Fluids anpasst. Die charakteristische Reibungszeit Tdyn kann wiederum über Tdyn = (d2 * pp) / (18μ) berechnet werden, wobei pp die Partikeldichte, μ die dynamische Viskosität und d den Partikeldurchmesser beschreibt. Wenn die Partikeldichte pp und die dynamische Viskosität μ konstant gehalten oder angenommen werden können, wie es beispielsweise bei Wassertropfen in einer Luftströmung der Fall ist, dann bleibt der Partikeldurchmesser d als einzige variable Größe. Die trägen Partikel 50 weisen demnach eine Stokes-Zahl St > 1 auf, die agilen Partikel 51 haben eine StokesZahl St < 1.The separation between inert particles 50 and agile particles 51 is determined according to their Stokes number St. The Stokes number St is defined as follows: St = Tdyn / Tstr, where Tdyn represents a characteristic friction time and Tstr represents a characteristic fluid time. The characteristic fluid time Tstr describes the time in which a fluid itself, e.g. by external influences, its velocity changes and can be estimated based on empirical values, for example from characteristic flow tables to a fluid. The characteristic friction time Tdyn, on the other hand, describes the time by which friction the particle velocity of a particle adapts to the velocity of the surrounding fluid. The characteristic friction time Tdyn can in turn be calculated via Tdyn = (d2 * pp) / (18μ), where pp describes the particle density, μ the dynamic viscosity and d the particle diameter. If the particle density pp and the dynamic viscosity μ can be kept constant or assumed, as is the case, for example, with drops of water in an air flow, then the particle diameter d remains as the only variable variable. The inert particles 50 thus have a Stokes number St> 1, the Agile particles 51 have a Stokes number St <1.
[0040] Die beschriebene Richtungsänderung der ersten Teilströmung 21 kann den Großteil der trägen Partikel 50 vom Messkanal 3 fernhalten, wobei allerdings einige träge Partikel 50 z.B. durch Kollisionen mit den Wänden des Separationsbereichs 12 dennoch in den Messkanal 3 gelangen können. Um zu verhindern, dass diese trägen Partikel 50 den Sensor 6 erreichen, wird dieser einerseits an das Ende des Messkanals 3 nahe der Messkanal-Ausgangsöffnung 32 positioniert. Andererseits ist der Strömungspfad der ersten Teilströmung 21 von der Eingangsöffnung 11 des Separationsbereichs 12 zu der Messkanal-Ausgangsöffnung 32 S-förmig mit einer zumindest zweifachen Richtungsänderung ausgestaltet. Die erste Teilströmung 21 ändert ihre Richtung beim Eintritt in den Messkanal 3 um etwa 180° und wird dann zum Sensor 6 bzw. der Messkanal-Ausgangsöffnung 32 noch einmal um etwa 180° umgelenkt, so dass sie im Wesentlichen wieder in der ursprünglichen Flussrichtung des Fluids 2 bzw. in Richtung der Hauptströmungsrichtung 200 aus der Messvorrichtung 10 austritt. Träge Partikel 50, die abrupten Änderungen der Strömungslinien nicht folgen können, prallen also gegen die Wände des Messkanals 3, werden abgebremst und gelangen nicht zum Sensor 6.The described change of direction of the first partial flow 21 can keep the majority of the inert particles 50 away from the measuring channel 3, although some inert particles 50 e.g. can still get into the measuring channel 3 by collisions with the walls of the separation area 12. In order to prevent these inert particles 50 from reaching the sensor 6, it is positioned on the one hand at the end of the measuring channel 3 near the measuring channel exit opening 32. On the other hand, the flow path of the first partial flow 21 from the inlet opening 11 of the separation area 12 to the measuring channel outlet opening 32 is configured S-shaped with at least a twofold change of direction. The first partial flow 21 changes its direction when entering the measuring channel 3 by about 180 ° and is then deflected to the sensor 6 and the measuring channel output port 32 again by about 180 °, so that they are substantially back in the original flow direction of the fluid 2 or in the direction of the main flow direction 200 exits the measuring device 10. Inert particles 50, which can not follow abrupt changes in the flow lines, thus impact against the walls of the measuring channel 3, are braked and do not reach the sensor 6.
[0041] Etwaige agile Partikel 51, die der zweiten Teilströmung 22 folgen, haben keine nachteiligen Einfluss auf das Funktionieren der erfindungsgemäßen Messvorrichtung 10.Any agile particles 51, which follow the second partial flow 22, have no adverse effect on the functioning of the measuring device 10 according to the invention.
[0042] Die Aufteilung des in die Messvorrichtung 10 eintretenden Fluids 2 in erste 21 und zweite Teilströmung 22 wird unterstützt durch das Vorsehen eines Umlenkelements 1, das im Separationsbereich 12 angeordnet ist. Durch das Umlenkelement 1 wird das in den Separationsbereich 12 einströmende Fluid 2 in Richtung der Messkanal-Eingangsöffnung 31 gelenkt.The division of the entering into the measuring device 10 fluid 2 in the first 21 and second partial flow 22 is supported by the provision of a deflecting element 1, which is arranged in the separation region 12. By the deflecting element 1, the fluid 2 flowing into the separation region 12 is directed in the direction of the measuring channel inlet opening 31.
[0043] Auch unter Berücksichtigung von Fig. 3 ist erkennbar, dass das Umlenkelement 1 im dargestellten Ausführungsbeispiel insbesondere gegenüberliegend der Messkanal-Eingangsöffnung 31 ausgeführt ist. Dadurch wird eine Richtungsänderung in den Messkanal 3 hinein begünstigt. Zumindest in einer der Messkanal-Eingangsöffnung 31 gegenüberliegenden Seitenwand des Separationsbereiches 12 ist das Umlenkelement 1 in Form einer von der Eingangsöffnung 11 in Richtung der Ausgangsöffnung 41 bezüglich der Messkanal-Eingangsöffnung 31 ansteigenden Keilfläche ausgeführt. Die Keilfläche ist also geneigt ausgeführt, wobei in Richtung einer Flächennormale 310 von der Querschnittsfläche der Messkanal-Eingangsöffnung 31 ein nahe der Eingangsöffnung 11 angeordneter Punkt einen ersten Abstand h1 zur Messkanal-Eingangsöffnung 32 aufweist und ein nahe der Ausgangsöffnung 41 angeordneter Punkt einen kleiner als der erste Abstand h1 ausgeführten zweiten Abstand h2 zur MesskanalEingangsöffnung 31 aufweist.3, it can be seen that the deflecting element 1 in the illustrated embodiment, in particular opposite the measuring channel inlet opening 31 is executed. This favors a change of direction into the measuring channel 3. At least in one of the measuring channel inlet opening 31 opposite side wall of the separation region 12, the deflecting element 1 is designed in the form of a rising from the inlet opening 11 in the direction of the outlet opening 41 with respect to the measuring channel inlet opening 31 wedge surface. The wedge surface is therefore designed to be inclined, wherein in the direction of a surface normal 310 from the cross-sectional area of the measuring channel inlet opening 31 a point arranged near the inlet opening 11 has a first distance h1 to the measuring channel inlet opening 32 and a point arranged near the outlet opening 41 is smaller than that first distance h1 running second distance h2 to the measuring channel input port 31 has.
[0044] Wie insbesondere anhand den in den Figuren 2a und 2b dargestellten Ansichten des Ausführungsbeispiels der Erfindung zu erkennen ist, ist die Querschnittsfläche der Eingangsöffnung 11 größer als die Querschnittsfläche der Ausgangsöffnung 41. Diese Ausführung begünstigt das Abzweigen der ersten Teilströmung 21 in den Messkanal 3, da der in die Messvorrichtung 10 eintretende Massenstrom des Fluids 2 nicht vollständig durch die Ausgangsöffnung 41 abgeleitet werden kann. Gleichzeitig ergibt sich dadurch auch ein Umlenkelement 1, da der Separationsbereich 12 von der Eingangsöffnung 11 in Richtung der Ausgangsöffnung 41 zusammenläuft und damit eine Richtungsänderung zumindest von Teilen des einströmenden Fluids 2 unterstützt.As can be seen in particular with reference to the views of the embodiment of the invention shown in Figures 2a and 2b, the cross-sectional area of the inlet opening 11 is greater than the cross-sectional area of the outlet opening 41. This embodiment favors the branching of the first partial flow 21 in the measuring channel. 3 in that the mass flow of the fluid 2 entering the measuring device 10 can not be completely discharged through the outlet opening 41. At the same time, this results in a deflection element 1, since the separation region 12 converges from the inlet opening 11 in the direction of the outlet opening 41 and thus supports a change in direction of at least parts of the inflowing fluid 2.
[0045] Günstigerweise ist die Summe der Querschnittsfläche der Messkanal-Ausgangsöffnung 32 und der Querschnittsfläche der Ausgangsöffnung 41 gleich oder größer als die Querschnittsfläche der Eingangsöffnung 11 - damit ist sichergestellt, dass der einströmende Fluidstrom ohne allzu großen Gegendruck durch die Messvorrichtung 10 strömt. Bis zu einem gewissen Grad ist eine Einstellung des Verhältnisses zwischen erster 21 und zweiter Teilströmung 22 möglich durch Abgleich der Querschnittsflächen der Messkanal-Ausgangsöffnung 32 und der Ausgangsöffnung 41.Conveniently, the sum of the cross-sectional area of the measuring channel outlet opening 32 and the cross-sectional area of the outlet opening 41 is equal to or greater than the cross-sectional area of the inlet opening 11 - thus ensuring that the inflowing fluid flow through the measuring device 10 without too much back pressure. To some extent, adjustment of the ratio between the first 21 and second partial flows 22 is possible by balancing the cross-sectional areas of the measurement channel exit port 32 and the exit port 41.
[0046] Um vorteilhafte Druckverhältnisse zu schaffen ist es außerdem von Vorteil, wenn sich die Querschnittsfläche des Messkanals 3 zumindest im Bereich des Sensors 6 aufweitet. Siehe dazu insbesondere Fig. 2b, wo eine Ansicht von stromabwärts auf die von der Hauptströmungsrichtung 200 abgewandte Seite der Messvorrichtung 10 dargestellt ist. Die Querschnittsfläche der Messkanal-Ausgangsöffnung 32 mit im Wesentlichen sechseckiger Form ist deutlich größer als der stromaufwärts des Sensors 6 erkennbare Bereich des Messkanals 3 mit Trapezform. Damit ist es möglich, den Platzbedarf des Sensors 6 und dessen Einfluss auf die Druckverhältnisse im Messkanal 3 zu berücksichtigen. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, dass dabei vorteilhafterweise die Querschnittsfläche des Messkanals 2 in Strömungsrichtung der ersten Teilströmung 21 beginnend vom Sensor 6 bis zur Messkanal-Ausgangsöffnung 32 aufgeweitet ist bzw. sich in Strömungsrichtung der ersten Teilströmung 21 beginnend vom Sensor 6 bis zur Messkanal-In order to provide advantageous pressure conditions, it is also advantageous if the cross-sectional area of the measuring channel 3 expands at least in the region of the sensor 6. See in particular Fig. 2b, where a view from downstream to the side facing away from the main flow direction 200 side of the measuring device 10 is shown. The cross-sectional area of the measuring channel outlet opening 32 with a substantially hexagonal shape is significantly larger than the region of the measuring channel 3 with trapezoidal shape which can be seen upstream of the sensor 6. This makes it possible to take into account the space requirement of the sensor 6 and its influence on the pressure conditions in the measuring channel 3. 1 that the cross-sectional area of the measuring channel 2 in the flow direction of the first partial flow 21 is widened starting from the sensor 6 to the measuring channel outlet opening 32 or starting in the flow direction of the first partial flow 21 starting from the sensor 6 to the measuring channel.
Ausgangsöffnung 32 stetig aufweitet. Neben den genannten Vorteilen für die Druckverhältnisse wird dadurch auch eine laminare Strömung der ersten Teilströmung 21 beim Wiedereintritt in das Fluid 2 stromabwärts der Messkanal-Ausgangsöffnung 32 begünstigt, so dass die Messung möglichst wenig Einfluss auf das Strömungsverhalten des Fluids 2 in der Leitung 9 hat.Output opening 32 is continuously expanding. In addition to the aforementioned advantages for the pressure conditions, a laminar flow of the first partial flow 21 upon re-entry into the fluid 2 downstream of the measuring channel outlet opening 32 is thereby promoted, so that the measurement has as little influence on the flow behavior of the fluid 2 in the line 9.
[0047] Erfindungsgemäß lässt sich also mit der beschriebenen Messvorrichtung 10 ein Verfahren zum Detektieren einer Messgröße eines in einer Leitung 9 strömenden partikelbeladenen Fluids 2 umsetzen, bei dem zumindest ein Teil des Fluids 2 durch einen Messkanal 3 der Messvorrichtung 10 an einem darin angeordneten Sensor 6 vorbei strömt, wobei das Fluid 2 in einem mit dem Messkanal 3 verbundenen Separationsbereich 12 in eine erste 21 und eine zweite Teilströmung 22 aufgeteilt wird und die erste Teilströmung 21 vom Separationsbereich 12 abgezweigt wird und gegenüber der durch den Separationsbereich 12 strömenden zweiten Teilströmung 22 und/oder gegenüber einer Hauptströmungsrichtung 200 des Fluids 2 eine Richtungsänderung von mindestens 45°, vorzugsweise 90°, erfährt.Thus, according to the invention, a method for detecting a measured variable of a particle-laden fluid 2 flowing in a line 9 can be implemented with the described measuring device 10, in which at least part of the fluid 2 passes through a measuring channel 3 of the measuring device 10 on a sensor 6 arranged therein flows past, wherein the fluid 2 is divided into a first 21 and a second partial flow 22 in a separation region 12 connected to the measuring channel 3 and the first partial flow 21 is branched off from the separation region 12 and opposite the second partial flow 22 flowing through the separation region 12 and / or with respect to a main flow direction 200 of the fluid 2, a change in direction of at least 45 °, preferably 90 ° experiences.
[0048] Dadurch folgen nur agile Partikel 51 des Fluids mit einer ersten Stokes-Zahl kleiner Eins der ersten Teilströmung 21. Träge Partikel 50 mit einer zweiten Stokes-Zahl, die größer als die erste Stokes-Zahl, insbesondere größer Eins ist, die die Messung negativ beeinflussen und/oder den Sensor 6 beschädigen können, folgen der zweiten Teilströmung 22.This is followed by only agile particles 51 of the fluid having a first Stokes number less than one of the first partial flow 21. Inert particles 50 having a second Stokes number which is greater than the first Stokes number, in particular greater than one, which are the Negatively affect measurement and / or can damage the sensor 6, follow the second partial flow 22nd
[0049] Die Messung hat dabei besonders geringen Einfluss auf das in der Leitung 9 strömende Fluid 2, wenn sowohl die erste Teilströmung 21 als auch die zweite Teilströmung 22 in der ursprünglichen Flussrichtung des Fluids 2, vorzugsweise in Hauptströmungsrichtung 200, aus der Messvorrichtung 10 austreten.The measurement has particularly little effect on the flowing in the line 9 fluid 2 when both the first part flow 21 and the second partial flow 22 in the original flow direction of the fluid 2, preferably in the main flow direction 200, exit from the measuring device 10 ,
[0050] Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt damit die störungsfreie und wartungsarme Messung eines partikelbeladenen Fluids 2, da im Separationsbereich 12 eine Aufteilung in zwei Teilströmungen 21, 22 erfolgt, die jeweils überwiegend unkritische, agile Partikel 51 und massereichere bzw. größere und damit für den Sensor 6 problematischere träge Partikel 50 aufweisen. Die erste Teilströmung 21 mit den agilen Partikeln 51 wird am Sensor vorbeigeleitet, die zweite Teilströmung aus dem Separationsbereich 12 direkt wieder in den Hauptstrom des Fluids 2 abgezweigt. Durch die Anordnung der Ein- und Auslassöffnungen bzw. das Vorsehen eines den Strömungswiderstand reduzierenden Flankenabschnitts 4, der gleichzeitig den Eintritt des Fluids 2 in die Messvorrichtung 10 unterstützt, wird eine möglichst geringe Beeinflussung der Fluidströmung durch den Messvorgang ermöglicht.The solution according to the invention thus allows the interference-free and low-maintenance measurement of a particle-laden fluid 2, since in the separation region 12 a division into two partial flows 21, 22 takes place, each predominantly uncritical, agile particles 51 and massive or larger and thus for the sensor 6 have more problematic inert particles 50. The first partial flow 21 with the agile particles 51 is conducted past the sensor, the second partial flow from the separation region 12 is diverted directly back into the main flow of the fluid 2. The arrangement of the inlet and outlet openings or the provision of a flow resistance reducing flank portion 4, which simultaneously supports the entry of the fluid 2 in the measuring device 10, the smallest possible influence of the fluid flow is made possible by the measurement process.
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